Блок термоелектричного пристрою

Винахід відноситься до термоелектричних пристроїв і знайде застосування в техніці кондиціонування повітря житлових та виробничих приміщень і транспортних засобів. Він призначений для охолодження і нагріву рідинних теплоносіїв в широкому температурному інтервалі у відповідних теплових контурах. Відомі пристрої, що містять теплообмінники і термоелектричні батареї у вигляді термоелектричних модулів (ТЕМ), які знаходяться у взаємному тепловому контакті та призначені для роботи в системах "рідина-рідина" [1]. Вони застосовуються в якості генераторів тепла та холоду для вирішення різноманітних практичних задач, в тому числі і для кондиціонування повітря. Із існуючих аналогів найбільш близьким по технічній суті є пристрій для охолоджування та нагріву води [2]. Він складається з ТЕМ. що розташований між основним і допоміжним теплообмінниками. До основного теплообмінника ТЕМ закріплено методом пайки, до допоміжного - притискується спеціальними стяжками. Цей пристрій утворює самостійну ланку, яка характеризується продуктивністю 250Вт холоду та ефективністю 50Вт/кг. Такий підхід в кожному конкретному випадку потребує конструювання та створювання ланок з конкретними теплообмінниками і ТЕМ та не дозволяє вирішити проблему уніфікації конструкцій систем "рідина-рідина". Крім того. при застосуванні гідравлічних теплообмінників і великого числа ТЕМ пошкодження одного з них веде до виходу з ладу всієї ланки. Її подальший ремонт пов'язаний з великими технологічними труднощами і в деяких випадках неможливий. Тому досить актуальним є завдання створення конструкції блоку термоелектричного пристрою для охолодження і нагріву рідини та підвищення їх питомих енергетичних характеристик, а також технологічності. Вказане завдання розв'язується тим, що блок термоелектричного пристрою для охолодження та нагріву рідини складається з термоелектричного модуля Пельтьє та гідравлічного багатоканального теплообмінника, осі гідравлічних каналів якого розташовані в площині, яка зосереджена посередині між верхньою та нижньою робочими гранями теплообмінника і орієнтована перпендикулярно бічним граням з гідравлічними стикуючими місцями у вигляді виступу на одній та виїмки на другій гранях для гідравлічно-послідовного з'єднання блоків між собою. Відповідність критерію "новизна" запропонованому блоку термоелектричного пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному із об'єктів існуючого рівня техніки. У винаході запропоновано принципово нове рішення для блоку термоелектричного пристрою охолодження та нагріву рідини, що складається з термоелектричного модуля Пельтьє і гідравлічного багатоканального теплообмінника, осі гідравлічних каналів якого розташовані в площині, яка зосереджена посередині між верхньою та нижньою робочими гранями теплообмінника і орієнтована перпендикулярно бічним граням з гідравлічними стикуючими місцями у вигляді виступу на одній та виїмки на другій гранях для гідравлічно-послідовного з'єднання перетворювачів між собою та під'єднання вхідного та вихідного колекторів теплоносіїв. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів - осі гідравлічних каналів якого розташовані в площині, яка зосереджена посередині між верхньою та нижньою робочими гранями теплообмінника і орієнтована перпендикулярно бічним граням з гідравлічними стикуючими місцями у вигляді виступу на одній та виїмки на другій гранях для гідравлічнопослідовного з'єднання аналогічних блоків між собою забезпечує заявленому пристрою необхідний винахідницький рівень. Промислове використання запропонованого винаходу не вимагає спеціальних матеріалів і технологій, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівної промисловості. На Фіг.1 представлено конструкцію рідинного теплообмінника 1 запропонованого блоку термоелектричного пристрою для охолодження та нагріву рідини на Фіг.2 - конструкцію запропонованого термоелектричного блоку; на Фіг.3, 4, 5, 6 - конструкції рідинних колекторів для подачі та виводу рідинних теплоносіїв; на Фіг.7, в якості прикладу, приведена збірна конструкція ланки з n блоків термоелектричних пристроїв, вхідного і вихідного колекторів рідини з штуцерами, закріпленими між собою за допомогою двох шпильок і чотирьох гайок. Блок термоелектричного пристрою для охолодження та нагріву рідини містить гідравлічний багатоканальний теплообмінник 1 та ТЕМ 2 (Фіг.2), які знаходяться у взаємному тепловому контакті. ГілкиТЕМ 2 виконані з кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb. з'єднаних між собою електрично-послідовно за допомогою електротеплокомутуючих керамічних пластин. Нижня робоча грань ТЕМ 2 знаходиться у тепловому контакті з верхньою робочою гранню рідинного багатоканального теплообмінника 1. Гідравлічне з’єднання теплообмінників між собою та з вхідними колекторами здійснюється за допомогою виступу 1 (Фіг.3) та відповідної виїмки 1 (Фіг.6) прямокутної форми, малі протилежні сторонт яких скруглено. Рідинний багатоканальний теплообмінник (Фіг.1) у вигляді прямокутної пластини з бічними виступами для монтажних отворів виконано з матеріалу високої теплопровідності, наприклад, алюмінію. Рідинні канали круглої форми знаходяться в площині, розташованій посередині між верхньою та нижньою робочими гранями теплообмінника. Орієнтація цих каналів виконана перпендикулярно бічним граням, на яких знаходяться посадочні місця для гідравлічно-послідовного з'єднання теплообмінників між собою та під'єднання вхідного (Фіг.3, 4) та вихідного (Фіг.5, 6) колекторів рідини з штуцерами. На фіг.7, в якості прикладу, приведена конструкція ланки, яка складається з n блоків термоелектричних пристроїв на основі теплообмінника 1 і ТЕМ 2, вхідного та вихідного колекторів рідини 3 з штуцерами, які закріплені між собою за допомогою двох шпильок 4 і чотирьох гайок 5. Змінюючи число блоків термоелектричних пристроїв, технологічно легко створювати ланки, які характеризуються необхідними параметрами та високою надійністю. Запропонований блок термоелектричного пристрою працює наступним чином. Внаслідок сумарної дії ефектів Пельтьє та Джоуля, що виникають при протіканні електричного струму I заданого напрямку через ТЕМ 2, виникає охолодження його верхньої та нагрів нижньої робочих граней і зв'язаного з ним теплообмінника 1 і, відповідно, протікаючого через нього рідинного теплоносія. За допомогою зовнішніх контурів теплоносії направляються в конкретний об'єкт для виконання необхідних задач. Експериментальні зразки запропонованих блоків термоелектричних пристроїв виконувались на базі ТЕМ "Алтек-22", з розмірами теплоконтактних робочих граней 40×46мм. Оптимальний струм живлення складав 3А. Серія теплообмінників з алюмінію мала значення відношення площі гідравлічних каналів до теплоконтактних робочих граней в межах 0,5-15. В якості теплопровідної речовини використовувалась рідина ПМС-100. Проведені експериментальні дослідження показали, що енергетична ефективність є запропонованого пристрою у випадку оптимального значення струму І 0 та турбулентного характеру руху теплоносія, який протікає через теплообмінник 1, визначається відношенням величин площин гідравлічних каналів Sk, та робочої грані Sm, теплообмінника. Аналіз наведених даних показав, що максимальне значення енергетичної ефективності є запропонованого пристрою (55-60Вт/кг) спостерігається (див.табл.1) при відношенні Sk/ Sm, яке знаходиться в межах (1,5-2,8). Таблиця 1 №№ 1 2 3 4 5 6 Відношення Sk / S„i 0,5 1,0 1,5 2,0 2,8 3,6 Ефективність, Вт/кг 47,8 50,6 54,4 56,0 54,3 44,9 Застосування цього пристрою показало, що він зручний в експлуатації та ремонті і дозволяє легко створювати різноманітні по архітектурі та компоновці конструкції необхідних приладів з заданими електричними, гідравлічними та тепловими параметрами. Змінюючи геометричні розміри теплообмінників і застосовуючи необхідні ТЕМ, можна легко створити блоки термоелектричних пристроїв з різним рівнем електричного, гідравлічного та теплового ступенів уніфікацій широкого застосування. Література: 1. Патент Франции №2542855. Термоэлектрическая установка. М.Беникур, Ж.Бюффе, Ж.-Ф.Шар. 2. Термолектрический агрегат для охлаждения (нагрева) жидкости. В.А.Арефьев, Н.В.Демочкин, А.Б.Захаров, В.Л.Тиняков. Холодильная техника, 1989, 2.